钢结构抗侧力体系抗震性能对比

常见的钢结构抗侧力体系包括抗弯钢框架、偏心支撑钢框架和钢板剪力墙结构,它们的耗能构件分别为框架梁、耗能梁段以及内填钢板。现行规范采用基于强度的设计方法,不能保证结构的整体破坏模式,无法对各抗侧力体系进行横向比较。采用近年来的性态设计方法,设计了3组10层抗弯框架、偏心支撑钢框架和钢板剪力墙模型,进行了静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,对比了各抗侧力体系的承载能力、抗侧刚度、延性、层间侧移分布、破坏模式以及用钢量。对比结果表明:抗弯钢框架承载力和刚度最小,偏心支撑钢框架的延性最好,钢板剪力墙虽然承载力最高,但是延性却是最低。     

钢框架-带缝钢板剪力墙结构受力性能分析

本文对4种钢框架、6种带缝(两排)钢板剪力墙片(四周与构件无连接)和6种固接的钢框架-带缝钢板剪力墙结构在3种不同竖向荷载作用下的抗侧能力和往复荷载下的滞回性能进行了研究,并对比分析。结果表明:前两种结构的侧移刚度、抗侧能力相对较低,屈曲后刚度退化快;钢框架-带缝钢板剪力墙结构的侧移刚度、抗侧能力和耗能能力比前两种结构有明显的提高,说明钢框架与带缝钢板剪力墙片固接后工作协调性能良好。带缝钢板剪力墙片与钢框架-带缝钢板剪力墙结构的整体设计参数宽高比W/H,开缝设计参数开缝墙肢的高宽比h/b、宽厚比b/t、开缝墙肢与剪力墙的高宽比h/H对结构的抗侧能力和滞回性能有很大影响。W/H增大,结构的抗侧能力增强,滞回性能降低;h/b、b/t、h/H增大,结构的抗侧能力降低,滞回性能提高。     

铰接隅撑钢框架抗震性能研究

传统抗弯钢框架的梁柱节点通常设计为刚性连接,这种刚性节点具有很大的抗弯刚度,然而节点延性不足,罕遇地震作用导致节点脆性断裂。研究学者提出了多种解决该问题的思路,例如半刚性连接节点、节点加强或削弱方法使塑性铰外移等。本文提出了一种简化的梁柱节点连接方式-铰接连接,改变梁柱节点的传力方式,在节点处设置隅撑提供框架的抗侧刚度,控制结构的失效模式。本文设计了三组抗弯钢框架和铰接隅撑钢框架,分别为3层、5层和8层结构,通过Pushover分析和非线性动力时程分析,对比二者之间的承载力、刚度、延性和层间侧移等抗震性能。研究结果表明:铰接隅撑钢框架具有和传统抗弯钢框架相似的抗侧刚度,且承载能力略高。罕遇地震作用下,铰接隅撑钢框架的层间侧移较小。传统抗弯钢框架失效模式为梁端出现塑性铰,而铰接隅撑钢框架的塑性区域转移至隅撑与梁连接部位。     

钢板剪力墙结构半刚性框架与内嵌墙板间的相互作用性能研究

为研究半刚性框架与钢板剪力墙结构内嵌墙板间的相互作用性能,完成了一榀1∶3比例单跨3层半刚性框架钢板剪力墙结构低周反复荷载试验研究。获得了结构的抗震性能和破坏模式,探究了框架梁、柱、墙板及梁柱节点的局部力学性能,分析了结构的破坏顺序和构件间的传力机理。研究结果表明:该结构具有良好的塑性变形能力和抗震性能,半刚性框架和墙板协同工作良好,结构安全储备较高。内嵌墙板的设置缓解了节点区自身的延性要求,框架承担95%以上的倾覆弯矩,水平荷载由双重抗侧力体系承担,内嵌墙板作为主要抗侧力构件承担约75%剪力。试件整体面内呈弯曲破坏,但是后期钢框架柱面外弯扭较大。通过有限元分析,研究了柱柔度系数、钢板高厚比和梁柱连接特性对钢板剪力墙结构性能的影响。框架梁柱连接刚度对结构体系承载能力的影响与柱的刚度和内嵌墙板的厚度有关。这种影响随着柱刚度增加和内嵌墙板厚度减小而增大。柱的柔度系数为2.5时,柱整体无明显的内凹变形,此时梁柱节点铰接连接更改为刚性连接时,试件承载能力增加小于10%。     

钢板剪力墙结构边框柱的稳定性研究

钢板剪力墙结构是一种新型经济高效的抗侧力体系,由钢框架内嵌钢板组合形成。钢板剪力墙结构的边框柱在附加弯矩作用下常产生"沙漏"这种不良的破坏模式,为此加拿大CAN/CSA(S16-01)规范依据薄腹梁理论柔度系数ωt给出了钢板墙结构边框柱的最小惯性矩要求。薄腹梁理论适用于极薄板,而我国规范和实际应用中多选用厚板墙或加劲墙,板厚往往处于中厚板范畴,柔度系数ωt的适用性有待讨论。本文结合经典的边框柱柔度限值推导过程,利用承载力和应力均匀性两种评价方法,对CAN/CSA S16-01规范给出的柱柔度限值小于或等于2.5的适用性进行了验证。基于通用高厚比的概念给出了钢板剪力墙结构的弹性抗剪承载力,同时采用拉力场机制份额考虑了内嵌钢板厚度的影响,修正了柱柔度系数。研究结果表明钢板墙宽高比较大时,CAN/CSA S16-01规范限值不满足要求,柱柔度限值应缩小到2.1,对应边框柱的惯性矩要求应扩大为S16-01规范限值的2倍。     

钢框架-型钢混凝土剪力墙半刚性连接节点弯矩-转角模型及抗震性能研究进展

钢框架梁-型钢混凝土剪力墙新型混合结构是一种具有半刚性连接受力和优异的抗震性能等特点的新型混合结构,具有巨大的发展潜力,其卓越的性能吸引了越来越多的关注。在介绍国内外半刚性连接节点弯矩-转角模型及抗震性能研究进展的基础上,概述了目前各国学者对半刚性连接节点的研究成果和研究进展,提出了钢框架-型钢混凝土剪力墙半刚性连接节点在研究中存在的问题,并指出了钢框架-型钢混凝土剪力墙中半刚性连接节点的研究亟待开展。     

带现浇楼板钢框架-剪力墙结构的拟动力试验研究

为研究楼板平面内刚度对整体结构抗震性能的影响,对一个3层2跨的钢框架-剪力墙结构进行了等效单自由度拟动力试验研究。着重分析了该钢框架-剪力墙结构的破坏机制、耗能性能及变形恢复能力,从而掌握该钢框架-剪力墙结构的抗震性能。结果表明,现浇混凝土楼板刚性可以保证结构的空间整体性和水平力的有效传递,该组合结构体系具有良好的抗震性能。最后通过对刚度比系数R的分析,得到该组合结构体系能保证剪力的有效传递,特别是在强震作用下,能够使不同抗侧力构件协同工作,剪力墙承担80%以上的地震剪力。     

半刚接框架-非加劲钢板墙体系抗震试验研究

半刚接钢框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构是一种新型结构形式,它弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能,目前国内外对该新型结构体系性能研究属刚起步阶段,因此对该结构体系的研究具有重要的理论和实际意义。文中对一榀两层单跨梁柱平齐端板连接半刚性框架-内填非加劲薄钢板剪力墙结构进行了低周往复循环加载拟静力试验,在试验中,试件破坏过程缓慢,钢板墙拉力带充分发育,试验得出的滞回环饱满,表明该新型结构体系具有优异的抗震性能,从而为今后对该新型结构体系做更深入的分析研究打下了良好基础。     

钢-混凝土组合剪力墙抗震研究与发展

剪力墙是高层建筑抗震的主要抗侧力体系,随着大型复杂高层建筑的快速发展,对剪力墙抗震性能的要求也越来越高,钢-混凝土组合剪力墙就是一种抗震性能好的剪力墙。国内外在钢-混凝土组合剪力墙抗震研究方面,从抗震性能到设计方法和工程应用都取得了较快的发展。本文介绍了国内外有关钢-混凝土组合剪力墙抗震研究的部分成果,同时介绍了笔者提出的钢-混凝土多重组合剪力墙及其抗震研究情况,包括工程应用情况。已有研究表明:钢-混凝土组合剪力墙特别是钢-混凝土多重组合剪力墙,具有良好的抗震屈服机制和多道抗震防线,抗震耗能能力强,工程应用价值较大。     

钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究

基于等效拉杆理论,对3组不同高度的钢框架-钢板剪力墙结构进行动力时程分析,研究了结构的层间侧移角、塑性铰出现顺序和外框架与支撑架的剪力分配等指标。结果表明:设计合理的钢框架-钢板剪力墙结构符合双层抗侧力体系设计原则。钢板剪力墙进入弹塑性状态后其支撑架的刚度并不明显退化,结构在各级地震下的外框架与支撑架的剪力分配比例较为稳定。另外,其剪力分配比例受其结构失稳类别的影响,一般情况下,外框架分配的剪力随结构高度的增加而增加。     

剪力墙开洞结构受力性能的研究

剪力墙作为框架剪力墙结构主要的抗侧力构件,在其上开设洞口,不仅会降低剪力墙自身抗侧能力,而且会对原有框架剪力墙结构的抗震性能产生影响。以一个15层钢筋混凝土框架剪力墙写字楼为例,对该写字楼的各层剪力墙进行开洞,利用ANSYS有限元软件建立该框剪结构开洞前与开洞后的有限元模型,分析当开洞率变化时,开洞剪力墙在多遇地震作用下的变形以及应力的变化情况。得出了剪力墙开洞后,在洞口的上角部应力集中严重,需在此部位采用粘贴斜向钢板或增设钢筋混凝土斜梁的方法进行加固补强。     

钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能研究

在双重抗侧力结构体系中,地震作用主要由支撑框架或剪力墙等抗侧力结构承受,框架则主要承受竖向荷载,但是对框架的水平抗力也有具体要求。我国规范和美国规范对钢框架-剪力墙结构中框架应该承担的剪力有不同的规定,并且给出相应的抗震校核方法。此外,人们需要了解在混合结构中减少柱的数量对结构抗震性能的影响。为此,本文进行了2种钢-混凝土混合结构地震响应的有限元分析,并且考虑了柱距的变化,得到了轴压比的变化规律,对由两国抗震校核方法的计算结果进行了对比,提出了相关的设计建议。     

平齐端板连接半刚性框架-十字加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

对1榀单跨2层的平齐端板连接的半刚性框架—十字加劲钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验研究,从耗能能力、承载力、延性和刚度退化等方面分析该结构体系的抗震性能和耗能机理。结果表明,该体系既可以发挥钢板剪力墙的刚度,又充分利用了半刚性框架的延性,有较高的水平承载力和良好的耗能能力,钢框架与钢板墙的协同工作良好。     

防屈曲加劲肋钢板剪力墙试验研究

在综合考虑加劲肋型、组合型及防屈曲型薄钢板剪力墙优缺点的基础上,提出一种新型的防屈曲加劲肋钢板剪力墙。介绍了该新型防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙的构造与工作原理,设计了一个1:3的缩尺试验试件,对其进行了拟静力试验研究,系统地分析了该新型钢板剪力墙的抗震性能及破坏特征。试验结果表明,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度、延性及耗能性能;预制混凝土板及加劲肋在一定程度上抑制了钢板的屈曲变形,充分地发挥了钢材的塑性,使其具有良好的滞回耗能性能;角部连接失效是导致试件破坏的主要因素。综上所述,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙抗震性能良好,是一种较好的新型抗侧力构件。     

对角预应力拉索重组竹框架地震易损性分析

传统的竹（木）框架结构因其抗侧力性能差,导致地震灾害下损失较大。在竹（木）框架中增设对角预应力拉索,可以有效地提高其抗侧刚度。为研究重组竹框架结构中对角预应力拉索对结构抗震失效概率,采用增量动力分析（IDA）对其易损性进行分析。通过定义3个性能水平,以地震峰值加速度作为地震强度指标,结构的层间位移角作为结构响应参数,分析得到无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线。最后分析对角预应力拉索对重组竹框架,得到2种预应力水平下的地震易损性曲线,并与无对角预应力拉索的重组竹框架的地震易损性曲线进行了对比,研究对角预应力拉索对重组竹框架地震易损性的影响。     

型钢混凝土剪力墙的抗震性能研究

型钢混凝土剪力墙(亦称为SRC剪力墙)是一种新型的剪力墙,其抗弯承载力、抗剪承载力及延性均好于普通剪力墙。本文简要总结了近年来国内外关于型钢混凝土剪力墙抗震研究的成果。在此基础上,进行了较高轴压比下内藏钢桁架混凝土组合高剪力墙的抗震性能试验研究。试验研究表明,内藏钢桁架的存在明显改善了高轴压比下型钢混凝土高剪力墙的抗震性能。     

抗弯框架-钢板剪力墙结构体系抗震性能研究

基于等效拉杆理论和静力弹塑性分析法,对8层钢板剪力墙结构进行了静力推覆分析,在节点铰接和刚接连接形式下,分析了结构层间剪力分配、荷载-位移曲线、塑性铰出现顺序等指标,研究了节点刚度变化对结构整体性能的影响.结果表明:三跨刚接模型中,剪力墙承担约65％水平剪力,钢框架承担约35％,梁柱铰接后承载力降低29％左右.单跨刚接模型中,剪力墙承担约80％水平剪力,钢框架承担约20％,梁柱铰接后承载力降低9％左右.梁柱刚接为双重抗侧力体系,相邻跨框架能提供有效刚度,节点连接形式对结构承载力的影响不容忽视.     

钢板剪力墙结构基本自振周期简化计算研究

本文针对钢板剪力墙结构自振周期缺乏研究的现状,将钢板剪力墙简化为Timoshenko梁,提出了考虑周边框架影响的钢板剪力墙等效抗剪刚度计算的方法,然后根据Southwell-Dunkerley理论,给出了钢板剪力墙结构基本自振周期的简化计算公式。然后,通过56个算例比较分析了本文公式计算结果与有限元计算结果发现:本文公式计算结果与有限元结果之比的平均值为1.015,标准差为0.049,说明本文公式具有足够的可靠性。接着,又对结构高度、均布质量、等效抗剪、抗弯刚度、钢板的高厚比、高宽比等参数进行了分析,分析结果表明:随着结构高度与均布质量开方的乘积增大,结构的基本自振周期增长;层数相同时,随着等效抗剪刚度、抗弯刚度的增大,周期有减小的趋势;层数相同时,随着钢板高厚比与高宽比乘积的增大,周期增长。     

钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑低矮剪力墙抗剪性能分析

提出了钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑组合剪力墙。为研究这种新型组合剪力墙的抗剪性能,在已有相关低矮剪力墙抗震性能试验基础上,进行了2个新的不同构造低矮剪力墙模型低周反复荷载试验。比较分析了两个试件的滞回特性、承载力、刚度、耗能和破坏特征,提出了抗剪承载力计算公式,计算与实测符合较好。研究表明:钢管混凝土边框,对墙体主斜裂缝发展有明显约束作用;不同构造剪力墙,墙体裂缝开展与损伤过程有明显差异;边框、钢板-钢撑和墙体的设计参数应合理匹配,以提高剪力墙的延性和抗震耗能能力。     

新型PEC柱-钢梁T形件连接组合框架层间抗震性能数值模拟

以采用预拉对穿螺栓T形焊接连接的新型卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行了拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟。基于模拟数据整理,分析了试件结构的承载力、抗侧刚度、节点连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点域传力机理和破坏机构等抗震性能。研究结果显示:试件具有较高的承载能力、较大的初始抗侧刚度和良好的耗能能力;新型卷边PEC框架柱平均分担水平力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓连接表现出部分自复位功效;T形件的设置既保证了节点的必要刚度,又使得试件破坏模式为梁端出现塑性铰位置外移至T形件外端部的塑性机构,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求,且对应层间剪切角和节点连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌能力。研究成果可为卷边PEC柱相关框架结构体系的进一步研究和工程应用推广提供参考。